Le réalisateur a conçu Un parfait inconnu avec comme référence Amadeus de Milos Forman, son mentor dont il était l'élève à la Columbia University de New York. Il s'agissait d'explorer le parcours de Bob Dylan à travers le prisme des autres personnages.

L'un des décors principaux du film est MacDougal Street, situé à Greenwich Village. Cette rue, qui fourmille de clubs, galeries et cafés fréquentés par les poètes, les peintres et les musiciens, a été recréée sur Jersey Avenue, dans le centre de Jersey City, dans le New Jersey. Le chef-décorateur François Audouy a pris quelques libertés avec la topographie des lieux mais en a conservé l’effervescence artistique : "Il est impossible de reconstituer un quartier de New York à l’identique. Il faut s’adapter à la réalité des lieux et aux bâtiments existants, tout en cherchant l’authenticité et l’évocation d’une atmosphère, plutôt que reproduire un site."

Cependant, Audouy a le souci du détail puisqu'il a utilisé des journaux et des bonbons de l'époque dans les kiosques. De même, au premier étage des immeubles, ce sont des vêtements des années 60 qui sèchent sur la corde à linge. L’équipe a même jonché les rues du quartier de déchets conformes à l’époque et d’authentiques saletés.

Le seul décor qui a été minutieusement reconstitué dans ses moindres détails est celui du légendaire Studio A de Columbia Records où Bob Dylan a enregistré des titres marquants comme Mr Tambourine Man et Like a Rolling Stone. Le chef-décorateur François Audouy s’est appuyé sur les milliers de photos existantes du studio qui a été détruit en 1983.

Timothée Chalamet porte dans le film une prothèse nasale discrète qui modifie ses traits de manière à faire émerger le visage de Bob Dylan sans pour autant susciter de débat. La pose de la prothèse, le maquillage et la coiffure de l'acteur duraient environ 1h30 par jour.